Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 13 )

Расчетные (бинарные) голограммы получают путем вычисления для конкретных условий контроля результирующих амплитуд и фаз в плоскости голограммы на компьютере. Полученные значения выводятся на построитель графического изображения или передаются по каналам связи в приемный центр. Затем изображение перефотографируется в уменьшенном масштабе так, чтобы линии голограммы на фотографии находились на расстояниях, соизмеримых с длиной волны света, восстанавливающего изображение. Расчетный способ создания голограмм позволяет иметь их для идеальных объектов, которые реально не существуют, изготавливать фильтры с наперед заданными свойствами и передавать голографическую информацию. Особенно эффективно для целей неразрушающего контроля применение расчетных голограмм, когда изделие должно иметь форму, точно описываемую математическими формулами (цилиндр, сфера, параболоид и т. д.) при малых допустимых отклонениях от нее.

3.6 Практические схемы реализации оптического контроля

3.6.1 Устройство и принцип работы измерительного микроскопа

В состав типичного микроскопа входят: осветитель, предметный столик, перемещающийся относительно корпуса микроскопа, и увеличительная часть. Наиболее сложные микроскопы для измерительных целей содержат электронные системы цифрового отсчета, а также преобразующую телевизионную установку для передачи и обработки изображения. Как правило, микроскоп работает с источником искусственного света, создающим большую освещенность контролируемого объекта необходимого спектрального состава и направления света.

Выходной световой поток чаще всего имеет вид параллельного пучка лучей или специальное строение (сходящегося или расходящегося, со светлыми или темными местами, с различными метками и т. д.).

Увеличительная часть микроскопа предназначена для получения изображения, удобного для оперативного анализа при контроле различных объектов в выбранном режиме. Типичный вариант построения увеличительной системы микроскопа изображен на рис. 3.1 [1]. Для расширения возможностей в увеличительной части микроскопа также имеются элементы, изменяющие световой поток, а осветитель может располагаться по-разному (ОС1 или ОС2).

От осветителя ОС1 свет падает на линзу Л3 (работа в светлом поле) или Л4 (работа в темном поле) и через диафрагму Д3 и маску МС направляется на сложные зеркала З2 и З3. Зеркало З2 выполнено прозрачным и отражает световой поток, прошедший сквозь линзу Л3 в линзовый объектив ОБ, освещающий участок контролируемого объекта КО. Через этот же объектив ОБ и зеркало З2 лучи света после взаимодействия с контролируемым объектом направляются для анализа сквозь фильтр Ф3 и линзы Л6 к зеркалам З4 и З5. Таким путем проходит световой поток при работе в светлом поле, когда угол падения лучей света близок к нулю. При работе в темном поле, когда хорошо отражающая полированная поверхность кажется черной, световой поток через периферийную часть линзы Л4 попадает на зеркало З3 и далее на зеркало З6, называемое эпиобъективом и выполненное в виде круглого кольцеобразного металлического зеркала с внутренней отражающей параболической поверхностью, которое формирует косое () освещение. Центральная часть светового потока в этом варианте освещается перекрываемой диафрагмой Д3, чтобы не было прямого отражения света в объектив. Ход лучей света после взаимодействия с контролируемым объектом в обоих случаях одинаков.

Рис. . Функциональная схема измерительного микроскопа: КО – контролируемый объект; ПС – предметный столик; ОБ – линзовый объектив; ИС – измерительная система; ОС – осветитель; З – зеркало; Л – фокусирующие линзы; МС – маска; Д – диафрагма; Ф – фильтр

Лучи света, несущие полезную информацию в виде изображения участка контролируемого объекта КО, отраженные от зеркала З4, через окуляр ОК наблюдаются оператором. Если убрать зеркало З4, то лучи попадают в фотоокуляр Л8, который после отражения их от зеркала З5 формирует изображение на пластине ПЛ, которая может быть матовым экраном при работе в проекционном режиме или фотопластинкой при фотографировании. Получение четкого изображения обеспечивает его фокусировка путем перемещения объектива ОБ в направлении линии визирования (главной оптической оси) с помощью ручки фокусировки РФ, связанной с отсчетным микрометрическим устройством отсчета расстояния. Непосредственно в объективе, окуляре или около них устанавливается измерительная сетка ИС с делениями, цена которых зависит от увеличения микроскопа. Эта сетка обеспечивает проведение отсчетов длины в плоскости, перпендикулярной линии визирования, и может быть проградуирована по эталонам или с помощью микрометрических отсчетных устройств.

Предметный столик ПС является базой, на которой размещается контролируемый объект КО, для чего к нему придается набор принадлежностей: специальные зажимы, пружинные держатели, дополнительные кольца и насадки и т. д. Предметный столик позволяет перемещать объект КО в направлениях, перпендикулярных линии визирования, что осуществляется ручками соответствующих координатных перемещений РП, связанных с предметным столиком ПС отсчетными микрометрическими устройствами.

Осветительная часть микроскопа ОС2 для работы в прошедшем освещении выполнена в виде лампы накаливания объектива, фильтра и диафрагмы, заключенных в общий корпус. Такой осветитель может легко размещаться в требуемом положении при оптимальном угле падения света и фиксировать его.

В зависимости от решаемой задачи контроля качества микроскоп можно использовать для работы в следующих режимах освещения: в проходящем и отраженном свете разного направления; с белым или монохроматическим светом, длина волны которого определяется фильтрами; с поляризованным и неполяризованным светом, при освещении световым потоком разной структуры, создаваемой масками. В части микроскопа, где происходит обработка светового потока после взаимодействия с контролируемым объектом, также возможны различные режимы работы, применение которых целесообразно с учетом его оптических свойств. Оптическая система большинства микроскопов отлаживается обычно на определенную длину волны (чаще 0,56 мкм), поэтому для получения изображений наилучшего качества используют монохроматический свет. Отметим наиболее распространенные режимы работы микроскопов.

Основной режим работы микроскопа – освещение белым светом. Для получения изображений, на которых четко выделяется информация об отклонении объекта от нормы, устанавливают различные светофильтры, причем полоса их пропускания может быть близкой к длине волны, несущей полезную информацию, или, наоборот, является дополнительной к ней, что повышает контрастность изображения и будут резко выделяться инородные элементы и детали: дефекты, различные включения и т. п. Работа в темном поле особенно эффективна при изучении поверхностных дефектов или при контроле поверхностей с особыми оптическими свойствами, а также при контроле прозрачных объектов.

3.6.2 Схемы построения эндоскопов

В зависимости от вида контролируемого объекта, условий и целей проведения контроля концевая часть эндоскопа может компоноваться путем различных сочетаний элементов оптических систем (линз, призм, зеркал и др.) и источника освещения. На рис. 3.2 показано несколько схем типичных вариантов контроля и расположения основных элементов, обеспечивающих различные варианты обзора внутренней поверхности контролируемого объекта. Эндоскоп содержит: осветительный жгут 1, осветительную оптическую систему 2, источник света, объектив 3, обзорный (регулярный) жгут 4, окуляр, защитную оболочку 5 и устройства управления. По технологическим признакам эндоскопы выполняются жесткой, полужесткой и гибкой конструкции.

Рис. . Основные виды эндоскопов для обзора внутренних поверхностей: а – прямой; б – регулируемый в полусфере; в – боковой; г – панорамный; д – угловой; е – ретроспективный (1 – осветительный жгут, 2 – осветительная оптическая система, 3 – объектив, 4 – обзорный жгут (регулярный), 5 – защитная оболочка)

Эндоскопы жесткой конструкции легче фиксируются в зоне контроля. Жесткие эндоскопы изготавливают на базе линзово-зеркальных оптических систем, содержащих до 50 оптических элементов, а их возможности подобны микроскопам. Эндоскопы гибкой конструкции наиболее универсальны, так как хорошо вводятся в полости сложной конфигурации по криволинейным каналам, ведущим к полости, и изготавливаются на основе волоконно-оптических световодов, собранных в жгуты. При использовании таких эндоскопов необходимо иметь в виду, что доставленное к оператору изображение несколько искажается по сравнению с тем, которое проецируется на входной торец световодного жгута. В частности, элементарные световые потоки деполяризуются, по-разному запаздывают во времени, изображение имеет зернистую структуру, а контраст несколько нарушается за счет разного затухания света в отдельных волокнах жгута и разного пройденного пути, например, из-за непредсказуемых изгибов и переплетений волокон, а также неидеальности их отражающей поверхности.

Поскольку эндоскоп является фактически устройством, переносящим изображение в пространстве и работающим в реальном масштабе времени, он может успешно использоваться с другими устройствами фиксации и обработки изображений, например телеаппаратурой. Условия освещения легко изменяются, поскольку источник света вынесен за пределы полости и его мощность можно увеличить до необходимого значения, несмотря на габариты.

Разрешающая способность эндоскопа гибкой конструкции ограничена разрешениями волоконно-оптического жгута и оптической части эндоскопа. Чтобы полнее использовать возможности эндоскопа, стремятся к примерному равенству линейного разрешения в поле зрения и разрешающей способности регулярного жгута. В этом случае минимально допустимый диаметр торца жгута составит

,